激光光譜學(xué)課件-第十章

1、Laser SpectroscopyChapter 10Laser Spectroscopy10 激光拉曼光譜 拉曼光譜是研究分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)的有力光譜方法。但傳統(tǒng)光源弱，限制了它的應(yīng)用。激光的引入大大促進(jìn)了拉曼光譜的應(yīng)用，并產(chǎn)生了新的拉曼光譜技術(shù)：受激拉曼和CARS (Coherent anti-Stokes Raman Scattering) 或超拉曼光譜。10 激光拉曼光譜 拉曼光譜是研究分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)的有力光譜1、自發(fā)拉曼散射以及實(shí)驗(yàn)觀察1、自發(fā)拉曼散射以及實(shí)驗(yàn)觀察激光光譜學(xué)課件-第十章激光光譜學(xué)課件-第十章激光光譜學(xué)課件-第十章拉曼光譜用一個(gè)激光波長(zhǎng)，不用掃描。早期檢測(cè)用攝譜儀，現(xiàn)在多

2、用單色儀。當(dāng)然，用福立葉光譜儀更好。把液體放入毛細(xì)管光纖中可以大大增強(qiáng)強(qiáng)度。用氬離子激光488納米激發(fā)C2N2得到的拉曼光譜。拉曼光譜用一個(gè)激光波長(zhǎng)，不用掃描。早期檢測(cè)用攝譜儀，現(xiàn)在多用拉曼散射經(jīng)典理論定性: 介質(zhì)極化看做電磁場(chǎng)的激發(fā)源,也就是,原子或者分子在場(chǎng)的作用下產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極距而導(dǎo)致極化,而極化的原子或者分子發(fā)射散射光.拉曼散射經(jīng)典理論定性: 介質(zhì)極化看做電磁場(chǎng)的激發(fā)源,也就是,分子永久偶極距的常數(shù)項(xiàng).紅外活性模瑞利散射拉曼散射:比激發(fā)光能量低的散射光被稱(chēng)為Stokes線，比激發(fā)光能量高的線被稱(chēng)為 anti-Stokes線。 分子永久偶極距的常數(shù)項(xiàng).量子論觀點(diǎn)來(lái)解釋強(qiáng)度不同的原因.分子的

3、振動(dòng)是量子化的.拉曼散射過(guò)程可以看做是入射光子在介質(zhì)中產(chǎn)生或者湮滅聲子(分子的振動(dòng)量子).Stock: 散射是將入射光子損失的能量交給了分子.即光子在系統(tǒng)中產(chǎn)生了振動(dòng)量子(聲子),產(chǎn)生聲子與原有量子無(wú)關(guān),幾率與T無(wú)關(guān).Anti-Stock: 從分子吸收能量, 使振動(dòng)量子(聲子)湮滅,但聲子湮滅的幾率與系統(tǒng)所處的激發(fā)振動(dòng)態(tài)的幾率有關(guān),與T有關(guān).量子論觀點(diǎn)來(lái)解釋強(qiáng)度不同的原因.分子的振動(dòng)是量子化的.拉曼散共振拉曼散射,拉曼散射: 需實(shí)能級(jí)拉曼信號(hào)強(qiáng)度與共振拉曼散射振動(dòng)拉曼,近共振拉曼, 共振拉曼散射實(shí)驗(yàn)裝置超拉曼散射: 原子可以同時(shí)吸收兩個(gè)光子或者多個(gè)光子而從低能態(tài)到高能態(tài)的躍遷過(guò)程.共振拉曼散射

4、,拉曼散射: 需實(shí)能級(jí)超拉曼散射: 功率提高,激光電場(chǎng)誘導(dǎo)的高階極化現(xiàn)象明顯,新的拉曼散射現(xiàn)象.具有好的方向性和相干性,相干拉曼散射:SRS, SRGS, IRS, CSRS, CARS特點(diǎn):信號(hào)強(qiáng)度大,比自發(fā)大9個(gè)量級(jí),新的光譜信息.功率提高,激光電場(chǎng)誘導(dǎo)的高階極化現(xiàn)象明顯,新的拉曼散射現(xiàn)象.2、受激拉曼散射（SRS）當(dāng)激光強(qiáng)度增加到一定強(qiáng)度時(shí)，拉曼散射光的強(qiáng)度與入射激光強(qiáng)度有非線性關(guān)系。拉曼散射光強(qiáng)隨激光強(qiáng)度增加而非線性增加。一 定義2、受激拉曼散射（SRS）當(dāng)激光強(qiáng)度增加到一定強(qiáng)度時(shí)，拉曼散二: 實(shí)驗(yàn)描述Woodbury在1962年發(fā)現(xiàn).紅寶石激光的調(diào)Q實(shí)驗(yàn). 光束中 694.3nm入射

5、激光,767.0nm(一級(jí)Stock 散射線),功率再增加, 767.0nm譜線強(qiáng)度迅速增加,發(fā)散角減小,線寬變窄,具有了受激性質(zhì).再加強(qiáng), ,散射有方向性,有閾值 .二: 實(shí)驗(yàn)描述Woodbury在1962年發(fā)現(xiàn).紅寶石激光激光光譜學(xué)課件-第十章解釋: 能量守恒和動(dòng)量守恒對(duì)于激光激勵(lì)下產(chǎn)生的正常拉曼散射: 入射光相干, 聲子是有熱振動(dòng)產(chǎn)生,位相是無(wú)規(guī)則分布,所以散射光位相也無(wú)規(guī)則分布,不相干的. 受激拉曼散射: 入射光子主要不是受熱振動(dòng)聲子所激發(fā),而是被受激的相干聲子所散射. (如相干光子和一個(gè)熱振動(dòng)聲子碰撞,產(chǎn)生一個(gè)Stock光子和一個(gè)受激聲子,受激聲子再與入射光子作用)受激聲子形成的聲波

6、和入射光波都是相干的.所以受激拉曼散射所產(chǎn)生的Stock光子也是相干的. 圖量子觀點(diǎn):拉曼散射是分子振動(dòng)的聲子對(duì)入射光散射的結(jié)果.解釋: 能量守恒和動(dòng)量守恒對(duì)于激光激勵(lì)下產(chǎn)生的正常拉曼散射:受激拉曼散射機(jī)制（調(diào)制理論）：受激拉曼散射機(jī)制（調(diào)制理論）：激光光譜學(xué)課件-第十章激光光譜學(xué)課件-第十章激光光譜學(xué)課件-第十章激光光譜學(xué)課件-第十章激光光譜學(xué)課件-第十章激光光譜學(xué)課件-第十章激光光譜學(xué)課件-第十章激光光譜學(xué)課件-第十章激光光譜學(xué)課件-第十章激光光譜學(xué)課件-第十章三. 相干反斯托克斯拉曼光譜學(xué)CARS （Coherent Anti-Stokes Raman Spectroscopy） a) CARS能級(jí)圖b) 位相匹配c) 在液體、固體中有發(fā)散時(shí)的情況三. 相干反斯托克斯拉曼光譜